题目内容

【题目】碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题:

(1)以CO2与NH3为原料可合成尿素。已知

①2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s) △H=-159.47 kJ·mol-1

②NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.49 kJ·mol-1

③H2O(l)=H2O(g) △H=+88.0 kJ·mol-1

写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式______________________________。

(2)海洋是地球上碳元素的最大吸收池。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在,即:CO2、H2CO3、___________、___________。

②在海洋碳循环中,可通过如图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式___________。

(3)常温常压下,空气中的CO2溶于水中达到平衡时,其转化关系如下:

①CO2+H2OH2CO3 K=1.8×10-3

②H2CO3H++HCO3- Ka1=4.3×10-7,

③HCO3- H++CO32- Ka2=5.6×10-11

通常情况下,海水的pH约为8,若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,则溶液中c(CO2)=____________________________________________mol/L。(保留两位有效数字)

(4)为了测量某湖水中无机碳含量,量取100mL湖水,酸化后用N2吹出CO2,再用NaOH溶液吸收。用1.0mol/L盐酸滴定吸收液,生成的V(CO2)随V(盐酸)变化关系如图1所示,则吸收液中离子浓度由大到小的顺序为__________,湖水中无机碳的浓度为___________mol/L。

(5)用CO2和天然气可以制备CO和H2,CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。密闭容器中浓度均为0.1mol/L的CH4与CO2,在一定条件下反应,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图2所示,则压强p1___________p2(填“>”或“<)。若p2=3MPa,则T℃时该反应的平衡常数Kp=___________MPa2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

【答案】 HCO3- CO32- 1.3×10-7 c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+) 0. 2 < 4

【解析】

(1)氨气和二氧化碳生成尿素的方程式为: ,反应等于①+②-③,则热化学方程式为:;

(2) ①从图中可以看出来,还有一种形式为HCO3-,根据电离,可以知道还有一种形式为CO32-;②从图中,钙化作用中,1种反应物HCO3-,生成物有CaCO3和CO2,根据原子守恒,可以知道另一种反应物为Ca2+,可以根据原子守恒和电荷守恒写出方程式:;

(3)pH等于8,求c(CO2),要找到两者的关系,忽略水的电离和碳酸的第二级电离。可将反应①②联立相加,得CO2+H2OH++HCO3-,该反应的平衡常数=K·Ka1=,根据第一级电离方程式H+和HCO3-的浓度相同,pH=8,c(H+)=10-8,,可求出c(CO2)为1.3×10-7mol/L;

(4)根据图像,0~10mL的阶段,没有气体生成,发生反应:,之后有气体生成,发生反应:,可知Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比1:1,注意虽然第二个反应中消耗了20mLHCl,但有一部分NaHCO3来自于第一个反应。CO32-的水解能力比HCO3-的能力强,溶液呈碱性,则排序为:c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+);100mL的湖水,根据图像的第二步消耗了20mL 1mol/L的HCl生成的CO2为0.02mol,则湖水中无机碳的浓度为0.02mol÷0.1L=0. 2mol/L;

(5)同一温度下,p1的条件下,CH4的转化率更高。根据方程式,是气体体积增加的反应,增大压强,向气体体积减小的方向移动,CH4的转化率更小;则p1< p2。

CO2(g) + CH4(g)2CO(g)+2H2(g)

起始浓度 0.1mol/L 0.1mol/L 0 0

转化浓度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

平衡浓度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

总的物质的量浓度为0.3mol/L。。

(1)根据盖斯定律计算,①+②-③,则热化学方程式为:;

(2) ①从图中可以看出来,还有形式为HCO3-,根据电离,可知还为CO32-;②从图中,根据原子守恒和电荷守恒,可写出方程式:;

(3)pH等于8,反应①②相加,得CO2+H2OH++HCO3-,该反应的平衡常数=K·Ka1=,根据第一级电离方程式H+和HCO3-的浓度相同,pH=8,c(H+)=10-8,,可求出c(CO2)为1.3×10-7mol/L;

(4)根据图像,0~10mL的阶段,没有气体生成,发生反应:,之后有气体生成,发生反应:,则Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比1:1,注意虽然第二个反应中消耗了20mLHCl,但有一部分NaHCO3来自于第一个反应。CO32-的水解能力比HCO3-的能力强,溶液呈碱性,则排序为:c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+);100mL的湖水,根据图像的第二步消耗了20mL 1mol/L的HCl生成的CO2为0.02mol,则湖水中无机碳的浓度为0.02mol÷0.1L=0. 2mol/L;

(5)同一温度下,p1的条件下,CH4的转化率更高。根据方程式,是气体体积增加的反应,增大压强,向气体体积减小的方向移动,CH4的转化率更小;则p1< p2。

CO2(g) + CH4(g)2CO(g)+2H2(g)

起始浓度 0.1mol/L 0.1mol/L 0 0

转化浓度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

平衡浓度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

总的物质的量浓度为0.3mol/L。。

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